一种测试芦苇对虉草化感效应水环境响应特性的方法技术

本发明专利技术涉及一种测试芦苇对虉草化感效应水环境响应特性的方法，属于植物生理生态学和环境科学领域。通过测定不同水分梯度环境下芦苇‑虉草共存群落中化感供体芦苇根际土壤中酚酸类化感物质总量，以及化感受体虉草的株高、鲜重、抗氧化酶系统和光合气体交换参数等生长生理指标，分析土壤含水量、芦苇根际土壤总酚酸量和虉草生长生理指标间的相关关系，以及芦苇根际土壤总酚酸量和虉草生长生理指标随土壤含水量变化的动态响应，继而选择具有代表性指标，构建各指标随土壤含水量下降而升/降变化的拟合方程。该技术方法的应用不仅可丰富不同物种间的竞争共存理论，而且也可为人工湿地虉草‑芦苇共存群落的稳定维护提供指导。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及一种测试芦苇(Phargnitescommunis)对虉草(Phalarisarundinacea)化感效应水环境响应特性的方法，属于植物生理生态学和环境科学领域。
技术介绍
：虉草芦苇同为极具竞争力的根茎类禾本科克隆植物，竞争力极强。二者在北美甚至被视为入侵种而加以控制，但在欧洲却均因极具去污能力而被广泛用以构建人工湿地植物群落。近年来，国内也已有学者以二者为优势种群，构建人工湿地或氮磷生态拦截沟渠的植物群落，去污效果尤为显著。这主要是因为目前国内人工湿地去污植物仍以芦苇、美人蕉、香蒲、水葱、茭白等为主，不仅物种较为单一，而且这些植物冬季休眠，难以实现常年持续去污。而虉草为冷季型禾草，冬季尽管生长缓慢，但仍具有较高的去污能力，与芦苇一起构建去污工程的植物群落，可实现高效去污和景观美化显著的周年互补性。然而，鉴于虉草和芦苇各自极强的竞争能力，它们在自然生态系统中常通过抑制其他物种而演化为群落的单优种群。对于运行时间较长的去污人工湿地，芦苇和虉草被共同配置在同一片人工湿地，其结果将如何？国际水协“人工湿地污水处理”专家委员会主席、欧洲湿地科学家协会主席JanVymazal教授曾指出芦苇在多数情况下处于竞争优势，但有时情况却相反。近年来，本技术专利技术人在研究以虉草和芦苇为优势种的长江下游滨江湿地植被演替规律时发现，由远离岸边的浅滩至岸边，湿地基底高程逐渐抬升，土壤含水量随之降低，湿地植被呈现由裸滩→虉草群落→芦苇-虉草共优群落→芦苇群落的演替进程，其中芦苇-虉草共优群落在整个滨江湿地中仍占据着广大区域，两物种可维持较长时间相对稳定的竞争共存状态。事实上，这种共存状态在某些河漫边、湖边、低洼地和沼泽地亦常出现。另有研究显示，尽管湿生环境为虉草的适宜生境，但虉草又极其耐旱，在土壤绝对含水量仍较高的近岸区域本应正常生长，但却被芦苇完全替代。那么，芦苇又是通过何种生态策略与虉草由起始共存至最终替代呢？众所周知，芦苇是一种典型的强化感植物，强度之大可从其对一枝黄花和互花米草等入侵植物竟具有明显的化感抑制效应得到体现。因此，对其他植物的化感抑制效应已成为其主要竞争手段之一。有研究表明，芦苇的组织浸提液和枯落腐解物对虉草种子萌发和植株生长确实存在明显的化感抑制效应。那么，虉草和芦苇为何又能在长江下游滨江湿地维持较大范围、且较长时间的竞争共存状态呢？这就需要从化感效应本身具有明显的环境响应特性行分析，即化感植物所处的环境因子可影响乃至决定化感效应的强弱。在长江下游滨江湿地，随着湿地基底的抬升，植被演替序列更迭，环境因子中土壤水分因子变化最为显著，芦苇化感效应必对水环境因子作出显著的响应特性。鉴于化感水环境响应特性主要表现为“随着土壤水分含量降低，化感抑制效应逐渐增强”。因此，滨江湿地芦苇与虉草由起始共存至最终替代的演替过程，定是源于“芦苇的化感抑制效应随基底土壤水分降低而逐步增强”这一化感效应的水环境响应特性。其中必存在某一特定的土壤水分梯度范围，虉草和芦苇因处于竞争平衡状态而维持着较为稳定的共存格局。本技术方法提供的测试芦苇对虉草化感效应水环境响应特性的方法则是确定这一特定土壤水分梯度范围的前提。因此，本技术方法不仅可丰富不同物种间的竞争共存理论，而且还可指导虉草芦苇人工湿地植物群落的稳定维护，理论意义和实践应用价值巨大。
技术实现思路
：技术问题：通过测量分析不同水分梯度环境下芦苇-虉草共存群落中芦苇根际土壤中化感物质数量及其对虉草的诸多抑制效应，测试芦苇对虉草化感效应的水环境响应特性。该专利技术将为不同物种间的竞争共存理论的丰富和人工湿地虉草芦苇共存群落的稳定维护提供技术方法。技术方案：为实现以上目的，本专利技术一种测试芦苇对虉草化感效应水环境响应特性的方法，按照下述步骤进行：(1)测试样地的选择于长江下游滨江湿地选择基底平缓抬升的虉草芦苇共存区域，由滩至岸方向自下而上每隔一定距离设置一样地，面积1m2，累计设置样地4-5个。由于随着湿地基底平缓抬升，土壤水分含量逐渐下降，于是自下而上便构成了具有一定土壤水分梯度的各类样地，每一样地对应某一特定土壤水分含量。设置的样地距离恰当，过小，土壤水分梯度范围将过窄，土壤水分含量对化感效用的影响难以区分；过大，除土壤水分因子外的其他环境因子差异将会加大，势必也会影响化感效用。理想的样地间距应该是在确保其他环境因子差异最小化的前提下，力争扩大样地间的水分梯度范围。本技术方法提供的土壤水分梯度范围为70％-100％的土壤相对含水量，此范围基本涵盖一般湿地土壤含水范围。(2)测定指标选择测定指标主要包括化感供体释放的化感物质成分、化感受体的诸多生长生理指标和不同样地的土壤含水量。化感供体释放的化感物质：化感物质多为植物向环境释放的一些次生代谢产物，主要包括酚酸类、萜类以及糖苷和生物碱等物质，而研究表明芦苇的化感物质以酚酸类物质为主，其中，芦苇根际土壤中酚酸物质主要来自芦苇根系分泌、枯落物腐解释放和活体组织淋溶等途径进入土壤。因此，本技术方法化感物质指标选择芦苇根际土壤中的总酚酸含量。化感受体生长和生理指标：受体的植株高度和生物量是判断化感抑制效应最明显指标；受体的生理指标包括净光合速率(Pn)、气孔导度(Cond)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)等光合气体交换参数；叶绿素含量；超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)等抗氧化酶及丙二醛(MDA)含量。其中，Pn表示光合产物合成量抵消呼吸消耗量后的净合成量；Cond表示叶片气孔的开闭程度；Ci表示叶片细胞间隙内CO2的浓度大小，一方面反映气孔的开闭程度，另一方面反映叶片叶肉细胞光合能力的大小；Tr表示叶片蒸腾失水的速率。当植物承受逆境胁迫时，Pn、Cond、Tr和叶绿素含量常随胁迫程度加重呈逐渐降低趋势，而Ci则呈既可能增加也可能减小的变化趋势。SOD、CAT和POD等抗氧化酶的活性通常随植物承受的胁迫程度的增强呈现先升高后降低的趋势，而MDA含量则常随胁迫程度的增强持续升高。(3)指标测定各指标的测定选择在4月底5月初进行，此时虉草处于生长中后期，而芦苇处于生长旺盛期，二者的生态位重叠最高，竞争也最为强烈。株高和生物量测定首先在每个样地筛选一定株数长势均匀的虉草，测其株高后收割地上部分称其鲜重，然后分别取均值。这样便得到不同水分梯度下生长的虉草株高和地上部分生物量。光合气体交换参数测定利用美国Ci-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测试芦苇对虉草化感效应水环境响应特性的方法，其特征在于按照下述步骤进行：（1）样地选择于滨江湿地选择基底平缓抬升的虉草芦苇共存区域，由滩至岸方向自下而上每隔一定距离设一样地，面积1m2，累计设置样地4‑5个，于是便构成了具有一定土壤水分梯度的各类样地，从而便于本技术方法的实施；理想的样地间距应该是在确保其他环境因子差异最小化的前提下，力争扩大样地间的水分梯度范围；（2）指标选择和测定化感受体虉草生长生理指标包括株高、地上部分生物量、叶绿素含量、净光合速率（Pn）、气孔导度（Cond）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率(Tr)等光合气体交换参数，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）等抗氧化酶及丙二醛(MDA)含量；其中，叶绿素含量的测定采用丙酮法，Pn、Cond、Ci和Tr等光合气体交换参数利用Li‑6400便携式光合作用系统测定，SOD、CAT和POD等抗氧化酶的活性分别采用氮蓝四唑（NBT）法、紫外吸收法和硫代巴比妥酸法测定，而MDA含量则采用愈创木酚法测定；化感供体芦苇根际土壤总酚酸含量测定采用磷钼酸‑磷钨酸盐比色法测定；样地土壤含水量根据称重法测其相对含水量；以上测试时间为于4月底5月初虉草处于生长中后期，而芦苇处于生长旺盛期进行，此时二者的生态位重叠最高，竞争也最为强烈；（3）化感效应水环境响应分析分析土壤含水量、芦苇根际土壤总酚酸量和虉草生长生理指标间的相关关系；分析芦苇根际土壤总酚酸量和虉草生长生理指标随土壤含水量变化的动态响应，构建具有代表性指标随土壤含水量下降而升/降变化的拟合方程。...

【技术特征摘要】
1.一种测试芦苇对虉草化感效应水环境响应特性的方法，其特征在于按照下述步骤进行：
（1）样地选择
于滨江湿地选择基底平缓抬升的虉草芦苇共存区域，由滩至岸方向自下而上每隔一定距离设一样地，面积1m2，累计设置样地4-5个，于是便构成了具有一定土壤水分梯度的各类样地，从而便于本技术方法的实施；理想的样地间距应该是在确保其他环境因子差异最小化的前提下，力争扩大样地间的水分梯度范围；
（2）指标选择和测定
化感受体虉草生长生理指标包括株高、地上部分生物量、叶绿素含量、净光合速率（Pn）、气孔导度（Cond）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率(Tr)等光合气体交换参数，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）等抗氧化酶及丙二醛(MDA)含量；其中，叶绿素含量的测定采用丙酮法，Pn、Cond、Ci和Tr等光合气体交换参数利用Li-6400便携式光合作用系统测定，SOD、CAT和POD等抗氧化酶的活性分别采用氮蓝四唑（NBT）法、紫外吸收法和硫代巴比妥酸法测定，而MDA含量则采用愈创木酚法测定；化感供体芦苇根际土壤总酚酸含量测定采用磷钼酸-磷钨酸盐比色法测定；样地土壤含水量根据称重法测其相对含水量；
以上测试时间为于4月底5月初虉草处于生长中后期...

【专利技术属性】
技术研发人员：付为国，王凡坤，滕博群，赵云，王雨轩，尹淇淋，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32